Asignarea priorităților Cahn-Ingold-Prelog (CIP) (2) – Metoda punctelor

Prioritățile Cahn-Ingold-Prelog (2): Determinarea R/S pe inele, lanțuri și multe altele

Acest articol a fost scris împreună cu Matt Pierce de la Organic Chemistry Solutions. Întrebați-l pe Matt despre programarea unei sesiuni de meditații online aici.

În această postare vom extinde regulile Cahn-Ingold-Prelog (CIP) și vom arăta cum să atribuim R/S în unele cazuri mai complicate care implică inele, centri chirali multipli, legături multiple și izotopi. Vom vedea că „metoda punctelor” este extrem de valoroasă pentru a rupe egalitățile în determinarea priorităților CIP!

Tabel de materii

1. Recapitulare: Determinarea priorităților CIP în cazuri simple
2. Cum atribuim prioritățile CIP în cazuri mai complicate care implică inele, centre chirale multiple, legături multiple și izotopi?
3. Remememorare: Prioritățile Cahn-Ingold-Prelog sunt determinate la primul punct de diferență
4. Asignarea priorităților CIP: O aplicație a „metodei punctelor”
5. Cum determinăm configurația R/S în inele?
6. Determinarea configurației R/S în inele: O „întrebare capcană”
7. Asignarea configurațiilor R/S moleculelor cu centri chirali multipli
8. Asignarea priorităților Cahn-Ingold-Prelog (CIP) cu legături multiple
9. Extinderea legăturilor multiple cu „atomi fantomă”
10. Priorități Cahn-Ingold-Prelog cu izotopi
11. Concluzie: Atribuirea configurațiilor R/S cu „Metoda punctelor
12. Note

1. Recapitulare: Determinarea priorităților CIP în cazuri simple

În prima noastră postare despre regulile Cahn-Ingold-Prelog (CIP), am oferit o prezentare generală a modului de atribuire a R sau S centrelor chirali dintr-o moleculă. Am continuat cu o postare ulterioară despre cum să folosim regulile CIP pentru a determina prioritățile în alchene pentru a stabili dacă acestea sunt E sau Z.

Ca în cazul majorității postărilor introductive, exemplele alese au fost destul de simple. Este destul de simplu să atribui priorități într-o moleculă precum moleculele de mai jos, în care carbonul central este atașat la patru atomi cu greutăți atomice diferite. Și, așa cum am discutat anterior, odată ce ați învățat regula schimbului unic, este destul de ușor să determinați R/S în cazurile în care substituentul cu prioritatea nr. 4 nu este îndreptat în spatele planului paginii.

În cazul stereocentrilor care sunt atașați la atomi identici, am văzut că este, de asemenea, destul de simplu să folosim „metoda punctelor” pentru a rupe legăturile și a coborî în lanț. Mai multe despre asta într-un minut: iată câteva exerciții pe care puteți exersa dacă doriți.

2. Cum atribuim prioritățile CIP în cazuri mai complicate care implică inele, centri chirali multipli, legături multiple și izotopi?

Acest post se referă la unele dintre complicațiile suplimentare pe care le vedem în atribuirea priorităților. De exemplu, cum se atribuie prioritățile în următoarele cazuri:

• A inele
• Centre chirale multiple
• Tratarea legăturilor multiple
• Cum rămâne cu izotopii?

Această postare este dedicată soluționării acestor cazuri puțin mai complicate. Ne vom concentra exclusiv pe determinarea R/S, dar aceleași reguli de prioritate sunt valabile și pentru determinarea (E/Z).

3. Reminder: Prioritățile Cahn-Ingold-Prelog sunt determinate la primul punct de diferență

Să începem cu o întrebare capcană obișnuită. Care este cea mai prioritară „grupare” atașată centrului chiral din molecula de mai jos? Atribuiți R/S .

Primul dvs. instinct ar putea fi să spuneți: „lanțul de carbon care conține bromul”, deoarece bromul are cel mai mare număr atomic dintre toți atomii din moleculă.

De fapt, lanțul de carbon care conține bromul este a treia grupă prioritară (doar hidrogenul este mai jos!), dând centrului chiral o configurație R.

Acest lucru se datorează modului în care sunt atribuite prioritățile: ne deplasăm spre exterior de la centrul chiral, câte un carbon la rând, și determinăm prioritățile la primul punct de diferență.

4. Atribuirea priorităților PIC: An Application Of The „Method Of Dots”

Acest proces de atribuire a priorităților aici este în esență identic cu ceea ce am arătat anterior:

1. În primul rând, comparați cei patru atomi legați direct de carbonul chiral și clasificați-i în funcție de numărul atomic. În exemplul nostru, H este în mod clar prioritatea nr. 4.
2. Dacă există o egalitate, enumerați toți cei trei atomi legați direct de atomii aflați la egalitate, în ordinea descrescătoare a numărului atomic. Mi se pare util să pun puncte pe fiecare atom pe care îl compar, motiv pentru care am numit această metodă Metoda punctelor).
3. Comparați fiecare listă, atom cu atom. Grupa t-butil (C(CH3)3) are cea mai mare prioritate . dar tot nu putem diferenția grupa izobutil sau grupa bromopropil.
4. Pentru că există încă o egalitate, mutăm punctele cu un pas mai jos în lanț, mai exact la următorul carbon, deoarece acesta are cel mai mare număr atomic (punctele ne ajută să ținem evidența locului în care ne aflăm). Acest lucru ne permite acum să atribuim prioritățile nr. 2 și nr. 3 .
5. Cu toate prioritățile atribuite, suntem gata să atribuim R și S prin trasarea traseului 1 → 3. Deoarece #4 se află pe o pană, rotația în sens invers acelor de ceasornic semnifică o configurație R („regula opusă”).

Dacă acest lucru este încă neclar, treceți peste aici pentru o vizualizare pop-up sau faceți clic aici pentru a afișa o imagine a unui tratament complet pas cu pas.

5. Cum determinăm configurația R/S în inele?

De fapt, nu sunt necesare reguli noi pentru determinarea priorităților în inele, dar mulți studenți îmi spun că le este greu să determine R/S dacă un centru chiral se află pe un inel. Din acest motiv, să trecem în revistă un exemplu și să încercăm să facem acest lucru cât mai clar posibil.

Determinarea R/S pe un inel este doar metoda punctelor din nou. Pur și simplu ne deplasăm de-a lungul lanțului îndepărtându-ne de centrul chiral până când găsim un punct de diferență. Mai jos, trebuie să ne îndepărtăm cu doi carboni de centrul chiral pentru a prioritiza (C,C,C) față de (C,H,H):

6. Determinarea configurației R/S în inele: O „întrebare capcană” frecventă”

Există de fapt un caz în care determinarea R/S pe un inel poate părea ciudată pentru cei neinițiați.

Molecula de mai jos are pene și liniuțe care indică stereochimia a doi carboni. Ce s-ar întâmpla dacă vi s-ar cere să determinați R/S pentru carbonul înstelat?

Sperăm că vedeți că aceasta este de fapt o „întrebare capcană”. Atunci când încercăm să determinăm un punct de diferență, sfârșim prin a converge înapoi la carbonul de jos fără să găsim nicio diferență. Ceea ce înseamnă că aceste două „grupuri” sunt de fapt aceleași, iar carbonul „înstelat” nu este un centru chiral.

Asignarea configurațiilor R/S la moleculele cu mai mulți centri chirali

Nici moleculele cu mai mulți centri chirali nu necesită de fapt vreun concept nou. Trebuie doar să identificăm fiecare centru chiral și să determinăm R sau S pentru fiecare. Când alcătuim denumirea finală, trebuie apoi să specificăm configurația fiecărui carbon la începutul denumirii.

Înseamnă că molecula de mai sus este (1R, 3R, 4S)-3-bromo-4-etil-1-metil-1-propilciclopentan.

Dacă doriți să vedeți exact cum a fost făcută atribuirea pentru configurația (S), treceți aici pentru o vizualizare pop-up sau urmați acest link către o imagine.

Asignarea priorităților Cahn-Ingold-Prelog (CIP) cu legături multiple

Exemplele de până acum nu au necesitat, de fapt, niciun concept nou. Cu toate acestea, regulile pe care le-am văzut până acum încep să se destrame odată ce intră în scenă legături multiple.

De exemplu, nu are sens intuitiv ca o grupare metil să aibă o prioritate mai mare decât o alchină.

Este clar că este nevoie de o nouă regulă pentru a face față legăturilor multiple.

9. Extinderea legăturilor multiple cu „atomi fantomă”

Soluția este de a „extinde” fiecare legătură multiplă ca o singură legătură atașată la un „atom fantomă” (în albastru).

Acești „atomi fantomă” sunt folosiți numai în scopul determinării priorității CIP – nu au nicio semnificație chimică.

Rețineți că în procesul de atribuire a atomilor fantomă ambilor atomi dintr-o legătură multiplă implică faptul că atomul mai îndepărtat „privește înapoi” spre centrul chiral. Acesta este singurul moment în care ni se permite să facem acest lucru!

Dacă aplicăm metoda „atomului fantomă” la legăturile multiple din această moleculă, vedem apoi că, într-adevăr, alchina este mai prioritară decât alchena, care este mai prioritară decât etil.

Dacă procesul de atribuire a priorităților la această moleculă vi s-a părut neclar, treceți pe ecran aici pentru o vizualizare pop-up sau faceți clic aici pentru a vedea o imagine care trece prin atribuire.

Pentru a vă distra, încercați să folosiți noua noastră metodă pentru a determina prioritatea grupărilor vinil, izopropil și s-butil (mai jos).

Procesul este descris destul de dens aici.

Cahn-Ingold-Prelog Priorities With Isotopes

Există un punct în care nu ne mai pasă de diferențe? De exemplu, să spunem că pregătim o moleculă cu deuteriu în loc de hidrogen, ca în molecula de mai jos. Mai contează aceasta ca centru chiral?

Da, aceasta contează absolut ca centru chiral. (Dacă ar avea sau nu o rotație optică semnificativă este o altă poveste).

Asignarea priorității aici este de fapt destul de simplă. În cazurile în care numerele atomice sunt identice, rupem egalitățile prin atribuirea celei mai mari priorități greutăți atomice mai mari.

Pentru hidrogen, aceasta înseamnă că tritiul (3H) are prioritate față de deuteriu (2H), care are prioritate față de protiu (1H).

Contestat, acesta nu este genul de situație pe care este probabil să o întâlniți la cursul introductiv de biologie. Dar se întâlnește! Și, apropo, prepararea moleculelor chirale care conțin deuteriu nu este doar un exercițiu teoretic – a fost extrem de benefică pentru determinarea mecanismului de acțiune al enzimelor. Vezi aici, de exemplu.

Concluzie: Atribuirea configurațiilor R/S cu „metoda punctelor”

Pentru majoritatea cazurilor, „metoda punctelor” vă va duce acolo unde trebuie să ajungeți pentru a determina prioritățile unui centru chiral. Singurul lucru cheie din această postare care trebuie reținut este conceptul de „atomi fantomă” pentru determinarea priorităților în alchene și alte legături multiple.

Lipseste ceva despre care doriți să vorbiți? Lăsați un comentariu!

Mulțumiri din nou lui Matt pentru ajutorul acordat la această postare. Angajează-l pe Matt ca profesor particular!

Note

1. Iată un exemplu foarte interesant de atomi fantomă în acțiune. Schimbarea unei grupări de pe azot de la H la CH3 duce la o schimbare de configurație de la (S) la (R). Big Hat Tip to r/dennisdcao
   http://imgur.com/WLmmDNM
2. De asemenea, această postare nu a abordat chiralitatea prezentă în alene și în alte specii cu o axă de chiralitate. În aceste cazuri nu folosim R/S, ci P/M. Regulile de prioritate CIP funcționează totuși.
3. Nu am intrat în acest subiect, dar… este carbonul din mijloc aici un centru chiral?

Nu chiar. Acel carbon din mijloc este ceea ce se numește un centru pseudo-asimetric. Are într-adevăr 4 substituenți diferiți – centrul chiral (R) este diferit de (S). Regula IUPAC este că (R) are prioritate față de (S). În acest caz, se folosesc literele minuscule (r) și (s). Mai multe despre acest subiect aici.

4. Unchiul Al are un exemplu (teoretic) de moleculă în care regulile CIP eșuează. Unchiul Al are, de asemenea, niște opinii destul de puternice despre chiralitate.

.